DE2104511A1

DE2104511A1 - Haltevorrichtung fur Lauferschaufeln

Info

Publication number: DE2104511A1
Application number: DE19712104511
Authority: DE
Inventors: Herbert Marblehead Mass Garten (V St A)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-02-02
Filing date: 1971-02-01
Publication date: 1971-08-12
Also published as: US3597112A; FR2078097A5; BE762044A; GB1331711A

Description

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GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.I./USA |

Haltevorrichtung für Läuferschaufeln

Die Erfindung bezieht sich auf den Läufer eines Axialstromkompressors und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Halterung der Lauferschaufelelemente in einer Läufertrommel.

Eine ansi-ch bekannte Läuferkonstruktion, die für Axialstromkompressoren für Gasturbinen verwendet wird, weist eine Trommel auf, die eine Oberfläche besitzt, welche zum Teil

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ORIGINAL

den Luftströmungskanal durch den Kompressor begrenzt und ■ welche mehrere flügeiförmig ausgebildete Läuferschaufelelemente aufweist, die in kreisförmigen Reihen mit der Trommel befestigt sind. Jedes Lauferschaufelelement besteht aus einem Fuß an der Basis des Flügelkörpers, der neben der Basis des Flügelkörpers ein eingeschnürtes Teil und neben dem eingeschnürten Teil eine Vergrößerung aufweist. Die Füße sind in der Läufertrommel in kreisförmigen Nuten befestigt, wobei die Nuten derartig ausgebildet sind, daß sie die Läuferschaufelfüße sichern, so daß die Läuferschaufeln gegen eine Radialbewegung, bezogen auf den Läufer, gehalten werden. Der Einbau der Läuferschaufelfuße in die Haltenuten der Läuferschaufeln wird üblicherweise durchgeführt indem ein Läuferschaufelfuß durch einen engen Beschickungsschlitz eingesetzt wird, der an einer oder an mehreren besonderen Stellen entlang des Umfangs der Trommel in der Nut eingeschnitten ist, wobei die Läuferschaufeln in der Haltenut in ihre entsprechende Position geschoben werden. Diese beschriebene Konstruktion, die einen Freiheitsgrad der Bewegung des Läuferschaufelelements kreisförmig zur Trommel zuläßt, erfordert einen Sperrmechanismus, der eine solche Bewegung in jeder Reihe der Läuferschaufelelemente behindert, nachdem alle Läuferschaufeln in einer bestimmten Reihe mit der Läufertrommel zusammengebaut sind. Diese Sperrvorrichtung muß in der Lage sein, der ümfangskomponente der aerodynamischen Belastung des Flügelkörpers, die während des Kompressorbetriebes entsteht, zu widerstehen. Gleichzeitig muß jedoch die Sperrvorrichtung in der Lage sein, eine Montage und Demontage der Läuferschaufelnkomponenten mit bzw. von der Trommel in relativ einfacher Weise zu ermöglichen.

Um die oben beschriebene Sperrwirkung zu erzielen, wurden und werden bereits einige Konstruktionea verwendet. Diese Kontruktionen sind oftmals in Form von SchraubsatzanorcUmngen oder federbelasteter Einrichtungen ausgebildet, die nur

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eine "begrenzte Zuverlässigkeit aufweisen, oder die sich während der Montage und Demontage der Maschine schwer handhaben lassen. ■ Diese Einrichtungen sind oftmals sehr klein ausgebildet, so daß aus diesen Gründen ihre Festigkeit oftmals nur begrenzt ist. Ferner müssen die Schrauben selbst an ihrem Platz nach dem Zusammenbau verriegelt werden, so daß sie sich daher nicht leicht lösen lassen. Andere Nachteile der bekannten Einrichtungen beziehen sich auf elastische Beanspruchungen, denen sie in ihrer abmontierten Endstellung in der Läufertrommel unterworfen sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde eine Rotorschaufelsperreinrichtung vorzuschlagen, die eine vollständige Montage und Demontage der Läuferschaufelnelemente des Kompressorläufers mit der Laufertrommel zu ermöglichen, die dennoch eine positive Verriegelung der Läuferschaufeln in ihrer Endstellung, während des Betriebes gewährleistet. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine derartige Einrichtung vorzuschlagen, die sich relativ preiswert herstellen läßt, die nach der Demontage wieder verwendet werden kann und die nicht einer dauernden elastischen Beanspruchung unterworfen ist, und welche die Möglichkeit bietet, daß sich das elastisch | beanspruchte Element wieder erholen kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß eine einzige Haltevorrichtung in Kombination mit einer Lagereinrichtung einer Turbine einer Art verwendet wird, die eine kreisförmige Läuferschaufelhaltenut mit einem darin vorgesehenen Beschickungsschlitz aufweist, wobei mehrere Läuferschaufelelemente damit zusammengebaut sind. Die Läuferschaufelhalteeinrichtung weist eine Blattf.ederhalterung auf, die sich in einer verlängerten Aussparung befindet, welche in der Oberfläche der Läuferschaufelhaltenut vorgesehen ist, und die zum

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Beschickungsschlitz räumlich fest angeordnet ist, und eine Spannweite besitzt, die zu der nach außen gerichteten Seite der länglichen Feder räumlich zugeordnet ist. Die Blattfeder "besitzt einen Aufsatz, welcher so angeordnet ist, daß er mit dem Beschickungsschlitz ausgerichtet werden kann, und der sich in den Raum zwischen zwei montierten Läuferschaufelfüßen befindet.

Zur näheren Erläuterung wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher beschrieben. Hierbei zeigen:

Figur Λ eine perspektivische Teilansicht eines Segments von einer Läufertrommel, die mit Läuferschaufelelementen versehen ist;

Figur 2 eine Teilansicht einer ebenen Abwicklung des in Figur 1 dargestellten Laufertrommelsegments;

Figur 3 eine Teilschnittansicht entlang der Linie 3-3 nach Figur 2;

Figur 4 eine Teil schnitt ansicht entlang der Linie 4-4 nach Figur 3»

Figur 5 eine Teilschnittansicht entlang der Linie 3-3 nach Figur 2 und zusätzlich eine Kompressorläuferschaufel während der Montage der Läuferschaufel mit dem Läufer;

Figur 6 eine Teilschnittansicht entlang der Linie 6-6 nach Figur 5 und

Figur 7 eine Teilschnittansicht entlang der Linie 3-3 nach Figur ? und ferner die Endmontage der Kompressorläuferschaufeln mit der Rotortrommel und der Lüufer-

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- 5 Schaufelverriegelungseinrichtung.

In Figur 1 ist ein Läuferaufbau dargestellt, der eine Trommel 1o "besitzt (welche als Segment dargestellt ist) die mehrere Läuferschaufelhaltenuten 12 aufweist, ferner mehrere Läuferschaufelemente 14₄die mit der Trommel 1o montiert sind, und welche durch die Nuten 12 gehalten werden und eine Läuferschaufelhalteeinrichtung 16, die dazu dient die Läuferschaufelelemente 14 in ihrer kreisförmigen Stellung auf der Trommel 1o zu halten.

Jedes Läuferschaufelelement 14 weist einen Flügelkörper 18 auf, der sich von der Trommel 1o aus radial erstreckt, ferner eine Plattform 2o, die sich an der Basis des Flügelkörpers 18 befindet und einen Fuß 22, der mit der Läuferschaufelhaltenut 12 verriegelbar ist. Wie aus den Figuren 4 und 6 ersichtlich ist, weist der Fuß 22 einen relativ dünnen Ansatz 24 neben der Basis des Läuferschaufelelementes 14 auf, der nach außen in eine Vergrößerung 26 übergeht. Die Vergrößerung 26 ist derartig dimensioniert, daß sie bündig passt, jedoch innerhalb der Einkerbung 28 der Läuferschaufelhaltenut 12 gleitbar ist. Der Ansatz 24 ist ähnlich geformt

ä und dimensioniert, um innerhalb des engen Teils der Läufer- % schaufelhaltenut.12 bündig zu passen. Auf diese Weise ist Jedes Läuferschaufelelement 14 mit der Trommel 1o verriegelt, um eine radiale Bewegung der Elemente 14 in Bezug auf die Trommel 1o zu verhindern. Die Trommel 1o weist zusätzlich eine Aussparung 32 auf jeder Seite der Läuferschaufelhaltenut 12 auf, um die Plattform 2o aufnehmen zu können, so daß diese mit der Außenfläche 34 der Trommel bündig abschneidet, und damit eine glatte Fläche für die über den zusammengebauten Kompressorläufer strömende Luft bildet.

Die Halteeinrichtung 16 weist eine längliche Aussparung 36 auf, die in die Grundfläche der Läuferschaufelhaltenut 12

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eingebohrt oder in anderer Weise hergestellt ist, welche zum Beschickungsschlitz 38 ausgefluchtet ist, und eine Federhalterung 4o. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, erstreckt sich die längliche Aussparung über den Umfang der inneren Fläche der Läuferschaufelhaltenut 12 und verläuft zum Beschickungsschlitz 38 zentrisch.

Die Federhalterung 4o .ist wie dargestellt eine Blattfeder, die ein Spannblatt 42 aufweist, das im unbeschickten Zustand, wie ersichtlich, geringfügig nach außen gebogen werden kann, und daß an beiden Enden eine Konsole 44 besitzt, um das Blatt 42 räumlich kreisumfangsförmig zu halten und die radiale Stellung zum Boden der Aussparung 36 zu korregieren (siehe Figur 3)· Ein Verriegelungsaufsatz 46 erstreckt sich von dem Federblatt 42 nach außen und wird beim Zusammenbau der Feder 4o in der Aussparung 36 mit dem Beschickungsschlitz 38 ausgerichtet. Der Aufsatz auf der Blattfeder ist gerade weit genug, um zwei benachbarte Lauf er schaufeln in Bezug auf den Beschickungschlitz in richtiger Weise zu beab.stan.den.

Bei einigen Läuferkonstruktionen und unter gewissen Betriebsbedingungen kann das Vorhandensein des länglichen Schlitzes 36 in der Läufertrommel 1o eine unerwünschte Spannungskonzentration verursachen. Um solche Spannungen zu entlasten, sind in der inneren Fläche 5o der Läuferschaufelhaltenut 12 Spannungsentlastungsnuten 48 vorgesehen. Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, sind diese Nuten längliche Blindschlitze, die in die Fläche 5o eingebohrt oder auf irgendeine andere Weise hergestellt sind, welche neben den Enden der länglichen Aussparung 36 angeordnet sind. Jede Spannungsentlastungsnut 48 besitzt neben der Aussparung 36 eine Tiefe, die angenähert der Tiefe der Aussparung 36 entspricht und erstreckt sich kreisförmig ein kurzes Stück entlang der Seite 5o, bis sie in die Oberfläche 5o übergeht.

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Der Zusammenbau der Läuferschaufelelemente 14 mit der Läufertrommel 1o wird durch, die Figuren 3 "bis 7 veranschaulicht. Die Figuren 3 und 4 zeigen die erste Stufe des Montagevorganges, wohei ein Läuferschaufelelement 14 mit seinem Fuß 22 zum Beschickungsschlitz 38 ausgerichtet ist. Die Federhalterung 4-0 befindet sich in der Aussparung 36, wobei die Enden gegen die Enden der Aussparung 36 stoßen, und das Spannblatt 4-2 durch die Konsolen 44- von der Grundfläche der Aussparung entfernt bleibt.

Die Figuren 5 und 6 zeigen die zweite Zusammenbaustufe, bei f der das- Läuferschaufelelement 14 nach innen gegen die elastische Widerstandskraft der Federhalterung 4o in eine Stellung gedruckt wird, in der die Außenlinien des Fußes 22 mit den Außenlinien der Läuferschaufelhaltenut 12 ausgerichtet sind. Wenn diese Ausrichtung durchgeführt worden ist, wird das Läuferschaufelelement 14 sodann kreisförmig in der Haltenut 12 in eine Stellung geschoben, in der die innere Fläche des Fußes 22 von dem Aufsatz 46 weg bewegt wurde, wie aus Figur 7 ersichtlich ist. Da jedes Laufschaufelelement 14 in die Laufschaufelhaltenut 12, wie oben beschrieben, eingeführt wird, wird es entlang dem Umfang der Läufertrommel 1o bewegt, um für das nächste Lauf schauf elelement 14 Platz zu g machen, bis alle bis auf das letzte der Laufschaufelelemente mit der Trommel 1o montiert sind. Das letzte der Laufschaufelelemente wird in der oben beschriebenen Weise in den Beschickungsschlitz eingesetzt, und sodann werden alle Laufschaufelelemente 14 in der Wut 12 bewegt, bis sie die in Figur 7 durch die unterbrochenen und durchgezogenen Linien dargestellten Positionen einnehmen. In der dargestellten Stellung befindet sich der Aufsatz 46 auf der Federhalterung 4o zwischen zwei benachbarten Fußelementen 22 und füllt die Lücke dazwischen aus, so daß die gesamte Reihe der Laufschaufelelemente 14 in ihrer Umfangsstellung in der Laufschaufelhalt enut 12 gehalten wird. Nach Beendigung der Montage nimmt die Federhalterung 4o ihre in Figur 3 dargestellte

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nicht abgelenkte Form ein, wodurch irgendwelche gleichmäßigen elastischen Spannungen entfernt werden, und wodurch die Möglichkeit der Entspannung des Federblattes 4-2 verhindert wird, wodurch die Federhalterung 4-0 unwirksam werden könnte. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Federhalterung 4-0 geringfügig vorzuspannen, so daß nach Beendigung der .beschriebenen Montage eine geringe elastische Spannung verbleibt, so daß eine festsitzende Anordnung sichergestellt wird.

Während des Betriebes bewirkt die Zentrifugalkraft, daß die Federenden nach außen wandern und auf der Grundfläche der Lauf schauf elfüße ruhen. Die Verriegelungswirkung wird mit Hilfe der Einspannung erzielt, die durch die Laufschaufelfüße auf die Blattfeder wirkt. Die Tiefe der länglichen Nut und die Federkonsole wird derartig gewählt, daß ein Lösen verhindert wird, wenn die Blattfeder auf dem Laufschaufelfuß ruht.

Die beschriebene Laufschaufelanordnung kann vollständig demontiert werden, indem ein Dörnhammer oder ein ähnliches Werkzeug durch die Bohrung 52 eingeführt wird, welche von den benachbarten LaufSchaufelplattformen 2o begrenzt wird, wobei das Werkzeug gegen den Aufsatz 4-6 gedrückt wird bis sich die innere Fläche des Fußes 22 abhebt, und indem die Laufschaufelelemente 14- in der Nut 12 verschoben werden, bis ein Fuß 22 mit dem Beschickungsschlitz 38 ausgerichtet ist, so daß ein Laufschaufelelement 14- entfernt werden kann. Danach können die nachfolgenden Laufschaufelelemente durch den Beschickungsschlitz 38 entfernt werden, indem auf die Federhalterung 4-o eine Druckkraft nach innen ausgeübt wird, um jeden folgenden Laufschaufelfuß 22 zu lösen, und zu entfernen. Nachdem eine genügende Anzahl Laufschaufelelemente 14- von der Laufschaufelhaltenut 12 entfernt worden ist, kann die Fed erhalt erung 4-o aus der Anordnung herausgenommen werden,

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und die übrigen Laufschaufelelemente 14 können durch den BescMckungsschlitz 38 vollständig entfernt werden.

Die Laufschaufelanordnung der oben beschriebenen Art weist aufgrund ihrer einzigartigen Laufschaufelverriegelungs- oder Haltevorrichtung einige Vorteile auf, wozu z.B. die Einfachheit der Montage und Demontage, wie beschrieben, und die Verringerung der elastischen Spannungen in der eingebauten IPederhalterung gehören. Die auf ein Minimum gebrachte elastische Spannung in der zusammengebauten Federhalterung j 4o wird ohne einen Kompromiß hinsichtlich der Funktionstüchtigkeit der Einrichtung erreicht, in sofern nämlich, als während des Betriebes die Drehung der Läufertrommel 1o die Zentrifugalkräfte ansteigen laßt, die auf die Federhalterung 4o wirken und die es in ihrer Lage halten, wobei der Aufsatz 46 von seinen benachbarten LaufschaufeIfüßen 22 erfasst wird, und die Konsolen 44 durch die Enden der Haltenut 36 kreisförmig festgehalten werden.

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Claims

AO

Patentansprüche

CΛ .ι Lauf erschaufelhalteeinrichtung in einem Turbinenläufer mit einer kreisförmigen Lauferschaufelhaltenut, welche einen darin befindlichen Beschickungsschlitz aufweist, und wobei mehrere Läuferschaufelelemente mit dem Läufer so zusammengebaut sind, daß ihre Fußelemente in der Nut kreisförmig verteilt sind, dadurch gekennz eichn e t, daß die Lauferschaufelhalteeinrichtung in der Innenseite (5o) der Nut (12) eine längliche Aussparung (36) aufweist, die sich teilweise kreisförmig erstreckt, wobei die Aussparung (36) zum Beschickungsschlitz (38) zentrisch ausgerichtet ist und die Läuferschaufelhalterung (16) in der Aussparung (36) angeordnet ist und daß die Halterung (16) eine Blattfeder (4o) aufweist, deren Enden (42) in der Aussparung (36) an deren Enden angrenzend angeordnet sind, und deren Zwischenblatt zur Blindseite der Aussparung (36) räumlich entfernt ist, und die Halterung (16) einen Aufsatz (46) aufweist, der so angebracht ist, daß er mit dem Beschickungsschlitz (38) ausrichtbar ist, und sich in den Raum zwischen zwei benachbarten Läuferschaufelfüßen (22) erstreckt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Aussparung (36) in Bezug auf den Be s chi ckungs schlitz (38) syiffetrisch angeordnet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federhalterung (16) relativ mechanisch spannungsfrei ist.

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4.. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d adurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (4o) an ihren beiden Enden (42) jeweils eine Konsole (44) aufweist, welche die Feder (4o) von der Blindfläche der Aussparung (36) abhält.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d adurch gekennzeichnet, daß die innere Fläche (5o) der Läuferschaufelhaltenut (12) zusätzlich ein Paar Spannungsentlastungsnuten (48) aufweist, welche neben und an den gegenüberliegenden Enden der länglichen ™ Aussparung (36) vorhanden sind, wobei jede Spannungsentlastungsnut (48) etwa die gleiche Tiefe wie die längliche Aussparung (36) an den ihnen benachbarten Enden aufweist und an einem Punkt, der der Aussparung (36) entfernt liegt in die innere Fläche (5o) übergeht.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d adurch gekennzeichnet, daß ein Turbinenläufer eine Läufertrommel (1o) aufweist, welche eine Strömungskanalfläche bildet und mindestens eine Haltenut (12) besitzt, die sich kreisförmig um die Trommel er- |

streckt und ein relativ schmales Teil (3o) neben der Strömungsfläche und eine Einkerbung (28) von dem rel_ativ schmalen Teil (3o) radial nach innen liegend aufweist, daß sich ein Beschickungsschlitz (38) radial in die Nut (12) erstreckt und dessen eine Ausdehnung in Bezug auf die Trommel axial gerichtet ist, die im wesentlichen mit der entsprechenden Ausdehnung der Einkerbung (28) übereinstimmt, daß eine längliche Aussparung (36) in der Innenfläche (5o) der Nut (12) vorhanden ist, welche sich zu ihr teilweise kreisförmig erstreckt, wobei die Aussparung (36) zum Beschickungsschlitz (38) zentrisch angeordnet ist, daß mehrere Läuferschaufelelemente (14) mit der Trommel (1o)

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montiert sind, und jedes Lauferschaufelelement (24-) einen Flügelkörper (18) und einen Fuß (22) an der Basis des Flügelkörpers (18) besitzt, und der Fuß (22) neben der Basis (2o) des Flügelkörpers (18) eine Einschnürung (24) und in Radial richtung zur und neben' der Einschnürung (24) ein vergrößertes Teil (26) aufweist, wobei der Fuß (22) in der Wut (12) gleitbar ist, wenn sich die Einschnürung (24) in dem relativ schmalen Teil (3o) der Nut (12) und das vergrößerte Teil (26).in dem Einkerbunsteil (28) der ■ Nut (12) befindet, daß Mittel vorhanden sind, um die Füße (22) räumlich kreisförmig anzuordnen und die Füsse (22) in der Nut (12) kreisförmig derart angeordnet sind, daß zwischen zwei benachbarten Füssen ein Raum zum Beschickungsschlitz (38) zentrisch vorhanden ist, daß eine Läuferschaufelhalterung (16) in der länglichen Aussparung (36) angeordnet ist, die eine Blattfeder (4o) aufweist, deren Enden in der Aussparung (36) neben den Enden derselben angeordnet sind, und deren Blatt zwischen den Enden von der Blindfläche der Aussparung (36) abgehoben ist, und die Halterung (16) ferner einen Aufsatz (46) aufweist, der zum Beschickungsschlitz (38) ausgerichtet ist, und der Aufsatz (46) sich in den Raum zwischen den zwei benachbarten Läuferschaufelfüßen (22) erstreckt und diesen kreisbogenförmig ausfüllt.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d adurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (46), welche die Füße (22) trennt, eine Plattform (2o) auf Jedem Läuferschaufelelement (14) aufweist, welche normal zur Achse desselben gerichtet ist und sich an der Basis des Flügelkörpers (18) befindet.

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8. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Plattformen (2o) neben dem BeSchickungsschlitz (38) gemeinsam ein Loch (52) "begrenzen, so daß ein Zugang zum Aufsatz (46) gewährleistet ist.
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